数控加工的切削基础课件

1、数控加工的切削基础第一章 数控车床加工工艺复习 1 什么叫数字控制？数控系统？数控机床？ 2 数控车床的组成？工作原理？ 3 数控系统的功能？ 4 数控车床加工的特点？ 5 数控机床的分类？数控加工的切削基础第一节第一节 数控车床加工的切削基础数控车床加工的切削基础1.1 切削运动与切削要素的概述切削运动与切削要素的概述1.2 金属切削过程的基本规律金属切削过程的基本规律1.3 金属切削刀具金属切削刀具1.4 切削用量与切削液的选择切削用量与切削液的选择1.5 工件材料的切削加工性能工件材料的切削加工性能习习 题题 一一数控加工的切削基础第一节第一节 数控车床加工的切削基础数控车床加工的切削基

2、础教学目标：1 掌握切削运动的概念及运动形式，加工中形成的工件表面2 掌握切削用量三要素及切削用量的选择原则3 掌握切削层的概念及主要参数4 了解切削液的相关知识重点：切削运动的概念及运动形式，切削用量三要素及切削用量的选择原则难点：切削用量三要素及切削用量的选择原则数控加工的切削基础 1.1切削运动与切削要素的概述切削运动与切削要素的概述1.1.1 切削运动和工件表面成形切削运动和工件表面成形1.切削运动切削运动 切削加工就是用金属切削刀具把工件毛坯上余量（预留切削加工就是用金属切削刀具把工件毛坯上余量（预留的金属材料）切除，获得图样所要求的零件。在切削过程中，的金属材料）切除，获得图样所要

3、求的零件。在切削过程中，刀具和工件之间必须有相对运动，这种相对运动就称为切削刀具和工件之间必须有相对运动，这种相对运动就称为切削运动。切削运动是由金属切削机床通过两种运动单元组合而运动。切削运动是由金属切削机床通过两种运动单元组合而成的，其成的，其是产生切削力的运动，其二是保证了切削工作连是产生切削力的运动，其二是保证了切削工作连续进行的运动，按照它们在切削过程中所起的作用，通常分续进行的运动，按照它们在切削过程中所起的作用，通常分主运动和进给运动。主运动和进给运动。 1）主运动）主运动 主运动是由机床提供的主要运动，它使刀具主运动是由机床提供的主要运动，它使刀具和工件之间产生相对运动，从而使

4、刀具接近工件并切除切削和工件之间产生相对运动，从而使刀具接近工件并切除切削 下一页下一页 返回返回 数控加工的切削基础 1.1切削运动与切削要素的概述切削运动与切削要素的概述速度（速度（vc）最高，消耗的机床功率也最大。如）最高，消耗的机床功率也最大。如图图1-1所示，所示，主运动必须有一个，可以是旋转运动，如车削时工件的旋转主运动必须有一个，可以是旋转运动，如车削时工件的旋转运动，铣削时铣刀的旋转运动，磨削工件时砂轮的旋转运动，运动，铣削时铣刀的旋转运动，磨削工件时砂轮的旋转运动，钻孔时钻头的旋转运动等；也可以是直线运动，如刨削时刀钻孔时钻头的旋转运动等；也可以是直线运动，如刨削时刀具或工件

5、的往复直线运动。具或工件的往复直线运动。 2）进给运动）进给运动 进给运动又称走刀运动，是由机床提供进给运动又称走刀运动，是由机床提供的使刀具与工件之间产生附加的相对运动，加上主运动即可的使刀具与工件之间产生附加的相对运动，加上主运动即可不断地或连续地切除切削层，并得出具有所需几何特性的已不断地或连续地切除切削层，并得出具有所需几何特性的已加工表面。其特点是消耗的功率比主运动小得多。如加工表面。其特点是消耗的功率比主运动小得多。如图图1-1所示，进给运动可以有一个、两个或多个，甚至没有（如拉所示，进给运动可以有一个、两个或多个，甚至没有（如拉削）。其形式可以是连续的运动，如车削外圆时车刀平行于

6、削）。其形式可以是连续的运动，如车削外圆时车刀平行于工件轴线的纵向运动；钻孔时钻头沿轴向的直线运动等；也工件轴线的纵向运动；钻孔时钻头沿轴向的直线运动等；也 上一页上一页 下一页下一页 返回返回数控加工的切削基础 1.1切削运动与切削要素的概述切削运动与切削要素的概述可以是间断运动，如刨削平面时工件的横向移动；或是两者可以是间断运动，如刨削平面时工件的横向移动；或是两者的组合，如磨削工件外圆时砂轮横向间断的直线运动和工件的组合，如磨削工件外圆时砂轮横向间断的直线运动和工件的旋转运动及轴向（纵向）往复直线运动。的旋转运动及轴向（纵向）往复直线运动。 3）合成切削运动）合成切削运动 当主运动和进给

7、运动同时进行时，当主运动和进给运动同时进行时，由主运动和进给运动合成的运动称为合成切削运动，又叫表由主运动和进给运动合成的运动称为合成切削运动，又叫表面成形运动。刀具切削刃上选定点相对工件的瞬时合成运动面成形运动。刀具切削刃上选定点相对工件的瞬时合成运动方向称为合成切削运动方向，其速度称为合成切削速度，该方向称为合成切削运动方向，其速度称为合成切削速度，该速度方向与过渡表面相切，如图速度方向与过渡表面相切，如图1-1所示。合成切削速度所示。合成切削速度ve等于主运动速度等于主运动速度vc和进给运动速度和进给运动速度vf的矢量和，即：的矢量和，即： ve=vc+vf （1-1） 上一页上一页 下

8、一页下一页 返回返回数控加工的切削基础 1.1切削运动与切削要素的概述切削运动与切削要素的概述2辅助运动辅助运动 除主运动、进给运动以外，机床在数控加工过程中，还除主运动、进给运动以外，机床在数控加工过程中，还需一系列的其他运动，即辅助运动。辅助运动的种类很多，需一系列的其他运动，即辅助运动。辅助运动的种类很多，主要包括：刀具接近工件、切人、切出工件、快速返回原点主要包括：刀具接近工件、切人、切出工件、快速返回原点的运动，机床对刀时的运动，多工位工作台和多工位刀架的的运动，机床对刀时的运动，多工位工作台和多工位刀架的分度运动等。另外，机床的启动、停车、变速、换向以及工分度运动等。另外，机床的启

9、动、停车、变速、换向以及工件的夹紧、松开等操纵控制运动，也属于辅助运动。辅助运件的夹紧、松开等操纵控制运动，也属于辅助运动。辅助运动在整个加工过程中是必不可少的。动在整个加工过程中是必不可少的。3加工中的工件表面加工中的工件表面 在金属切削加工过程中，工件上多余的材料不断地被刀在金属切削加工过程中，工件上多余的材料不断地被刀具切除而转变为切屑，与此同时，工件在切削过程中形成了具切除而转变为切屑，与此同时，工件在切削过程中形成了三个不断变化着的表面（图三个不断变化着的表面（图1-1），分别如下），分别如下： 上一页上一页 下一页下一页 返回返回数控加工的切削基础 1.1切削运动与切削要素的概述切

10、削运动与切削要素的概述 1) 待加工表面待加工表面 工件上有待切除切削层的表面称为待加工件上有待切除切削层的表面称为待加工表面。工表面。 2) 过渡表面过渡表面 工件上由切削刃形成的那部分表面，它在下工件上由切削刃形成的那部分表面，它在下一切削行程（如刨削）、刀具或工件的下一转里（如单刃镗一切削行程（如刨削）、刀具或工件的下一转里（如单刃镗削或车削）将被切除，或者由下一切削刃（如铣削）切除的削或车削）将被切除，或者由下一切削刃（如铣削）切除的表面。表面。 3) 已加工表面已加工表面 工件上经刀具切削后产生的表面称为已工件上经刀具切削后产生的表面称为已加工表面。加工表面。图图 12 切削用量的三

11、要素切削用量的三要素 上一页上一页 下一页下一页 返回返回数控加工的切削基础 1.1切削运动与切削要素的概述切削运动与切削要素的概述1.1.2 切削要素切削要素切削要素包括切削用量和切削层的几何参数。如切削要素包括切削用量和切削层的几何参数。如图图1-2所示。所示。切削用量三要素切削用量三要素 切削用量是用来表示切削运动、调整机床加工参数的参量，切削用量是用来表示切削运动、调整机床加工参数的参量，用来定量表述主运动和进给运动。切削用量包括切削速度、用来定量表述主运动和进给运动。切削用量包括切削速度、进给量和背吃刀量三个要素（进给量和背吃刀量三个要素（如图如图1-2）。 1） 切削速度（切削速度

12、（vc） 切削刃上选定点相对于工件主运切削刃上选定点相对于工件主运动的瞬时线速度称为切削速度。单位：动的瞬时线速度称为切削速度。单位：mmin。当主运动。当主运动是回转运动时，线速度是回转运动时，线速度vc的计算公式如下：的计算公式如下： vc d n1000 （1-2）需要注意的是：车削加工时，应计算待加工表面的切削速度。需要注意的是：车削加工时，应计算待加工表面的切削速度。 上一页上一页 下一页下一页 返回返回数控加工的切削基础 1.1切削运动与切削要素的概述切削运动与切削要素的概述当主运动是往复直线运动时，则常以往复运动的平均速度作当主运动是往复直线运动时，则常以往复运动的平均速度作为切

13、削速度，线速度为切削速度，线速度vc的计算公式如下：的计算公式如下： vc 2Ln/1000 (1-3)上两式中：上两式中：d切削刃上选定点处所对应的工件或刀具的切削刃上选定点处所对应的工件或刀具的回转直径，单位为回转直径，单位为mm； n工件或刀具的转速，单位为工件或刀具的转速，单位为rmin。L工件或刀具作往复运动的行程长度，单位为工件或刀具作往复运动的行程长度，单位为mm。2）进给量（）进给量（） 在主运动的一个循环内，刀具在进给运动在主运动的一个循环内，刀具在进给运动方向上相对于工件的位移量，称为进给量。可用刀具或工件方向上相对于工件的位移量，称为进给量。可用刀具或工件每转或每行程的位

14、移量来表达或度量（图每转或每行程的位移量来表达或度量（图1-2），其单位用），其单位用mm/r（如车削、镗削等）或（如车削、镗削等）或mm行程（如刨削、磨削等）行程（如刨削、磨削等）表示。表示。数控编程时，也可以用进给速度数控编程时，也可以用进给速度vf表示刀具与工件的相对运表示刀具与工件的相对运动速度，单位是动速度，单位是mmmin。车削时的进给速度。车削时的进给速度vf为：为： vf n (1-4) 上一页上一页 下一页下一页 返回返回数控加工的切削基础 1.1切削运动与切削要素的概述切削运动与切削要素的概述对于铰刀、铣刀等多齿刀具，对于铰刀、铣刀等多齿刀具， 通常规定每齿进给量通常规定每

15、齿进给量z（单（单位：位：mm/z），其含义是刀具每转过一个齿，刀具相对于工），其含义是刀具每转过一个齿，刀具相对于工件在进给运动方向上的位移量。即件在进给运动方向上的位移量。即 z /z (1-5)式中：式中：z刀具齿数。刀具齿数。3） 背吃刀量（背吃刀量（p） 也叫切深，是已加工表面与待加工表也叫切深，是已加工表面与待加工表面之间的垂直距离，称为背吃刀量，其单位为面之间的垂直距离，称为背吃刀量，其单位为mm。车削外。车削外圆时：圆时：p（dwdm）2 (1-6)式中：式中：dw待加工表面直径，单位为待加工表面直径，单位为mm； dm已加工表面直径，单位为已加工表面直径，单位为mm。 上一页

16、上一页 下一页下一页 返回返回数控加工的切削基础 1.1切削运动与切削要素的概述切削运动与切削要素的概述切削用量的选择原则粗车: ap(大)-f(大)-vc(小)精车：ap(小)-f(小)-vc(大)数控加工的切削基础 1.1切削运动与切削要素的概述切削运动与切削要素的概述镗孔时式镗孔时式(1-6)中的中的d w与与d m的位置互换一下，钻孔加工的的位置互换一下，钻孔加工的背吃刀量为钻头的半径。背吃刀量为钻头的半径。2切削层参数切削层参数 在金属切削过程中，刀具或工件沿进给运动方向每移动一个在金属切削过程中，刀具或工件沿进给运动方向每移动一个（车削）或（车削）或z（多齿刀具切削）所切除的金属层

17、，（多齿刀具切削）所切除的金属层，称为切称为切削层。削层。图图1-3所示为车削时的切削层，当工件旋转一转时，所示为车削时的切削层，当工件旋转一转时，车刀主切削刃由过渡表面车刀主切削刃由过渡表面I的位置移动到过渡表面的位置移动到过渡表面的位置，的位置，其间所切除的工件材料层即为车削时的切削层。其间所切除的工件材料层即为车削时的切削层。切削层的尺切削层的尺寸称为切削层参数，寸称为切削层参数，切削层参数通常在基面内测量。切削层参数通常在基面内测量。图图1-3 外圆纵车切削层的参数外圆纵车切削层的参数1）切削厚度（）切削厚度（hD） 是指在垂直于切削刃方向度量的切削是指在垂直于切削刃方向度量的切削层截

18、面的尺寸，单位为层截面的尺寸，单位为mm。当主切削刃为直线时，各点的。当主切削刃为直线时，各点的切削厚度切削厚度 上一页上一页 下一页下一页 返回返回数控加工的切削基础 1.1切削运动与切削要素的概述切削运动与切削要素的概述相等（图相等（图1-3），并可近似按式（），并可近似按式（16）计算。在曲线切削）计算。在曲线切削刃上，各点的切削厚度是变化的刃上，各点的切削厚度是变化的（如图（如图1-4）。图。图1-4 曲线曲线切削刃工作时的切削厚度与宽度切削刃工作时的切削厚度与宽度 hDsinr (1-7) 2）切削宽度（）切削宽度（bD） 是指沿切削刃方向度量的切削层截是指沿切削刃方向度量的切削层截

19、面的尺寸，单位为面的尺寸，单位为mm。它大致反映了刀具主切削刃参与切。它大致反映了刀具主切削刃参与切削工作的长度削工作的长度(图图1-3)。对于直线刃的切削宽度可按式。对于直线刃的切削宽度可按式（18）估算：）估算： bDpsinr (1-8)3）切削面积（）切削面积（AD） 是指切削层的横截面积，单位为是指切削层的横截面积，单位为mm2。车削时切削面积可按式（车削时切削面积可按式（1-9）计）计 上一页上一页 下一页下一页 返回返回数控加工的切削基础 1.1切削运动与切削要素的概述切削运动与切削要素的概述算：算：ADbDhD (1-9) 在实际切削时，由于刀具副偏角的存在，刀具常常会在已加在

20、实际切削时，由于刀具副偏角的存在，刀具常常会在已加工表面上留下刀纹，这些刀纹的横截面积即为残留面积工表面上留下刀纹，这些刀纹的横截面积即为残留面积（AD）。残留面积将直接影响已加工表面的粗糙度，同时）。残留面积将直接影响已加工表面的粗糙度，同时也减小了切削层的切削面积。也减小了切削层的切削面积。 上一页上一页 返回返回数控加工的切削基础 1.4 切削用量与切削液的选择切削用量与切削液的选择1.4.2 切削液的选择切削液的选择在金属切削过程中，合理选择切削液，可改善工件与刀具之在金属切削过程中，合理选择切削液，可改善工件与刀具之间的摩擦状况，降低切削力和切削温度，减轻刀具磨损，减间的摩擦状况，降

21、低切削力和切削温度，减轻刀具磨损，减小工件的热变形，从而达到提高刀具的耐用度、加工效率和小工件的热变形，从而达到提高刀具的耐用度、加工效率和加工质量的目的。加工质量的目的。 1切削液的作用切削液的作用 1）冷却作用）冷却作用 切削液可迅速带走切削过程中产生的热量，切削液可迅速带走切削过程中产生的热量，降低切削区的温度。切削液的流动性越好，比热、导热系数降低切削区的温度。切削液的流动性越好，比热、导热系数和汽化热等参数越高，则其冷却性能越好。和汽化热等参数越高，则其冷却性能越好。2）润滑作用）润滑作用 切削液能在刀具的前、后刀面与工件之间形成切削液能在刀具的前、后刀面与工件之间形成一层润滑薄膜，

22、可减少或避免刀具与工件或切屑间的直接接一层润滑薄膜，可减少或避免刀具与工件或切屑间的直接接触，减轻摩擦和粘结程度，从而减轻刀具的磨损，提高工件触，减轻摩擦和粘结程度，从而减轻刀具的磨损，提高工件表面的加工质量。表面的加工质量。 上一页上一页 下一页下一页 返回返回数控加工的切削基础 1.4 切削用量与切削液的选择切削用量与切削液的选择为保证润滑作用的实现，要求切削液能够迅速渗入刀具与工为保证润滑作用的实现，要求切削液能够迅速渗入刀具与工件或切屑的接触界面，形成润滑薄膜，并且在高温、高压及件或切屑的接触界面，形成润滑薄膜，并且在高温、高压及剧烈摩擦的条件下不被破坏。剧烈摩擦的条件下不被破坏。 3

23、）清洗作用）清洗作用 使用切削液可以将切削过程中产生的大量切使用切削液可以将切削过程中产生的大量切屑、金属碎片和粉末，从刀具（或砂轮）、工件上及时冲洗屑、金属碎片和粉末，从刀具（或砂轮）、工件上及时冲洗掉，避免切屑粘附刀具、堵塞排屑和划伤已加工表面。这一掉，避免切屑粘附刀具、堵塞排屑和划伤已加工表面。这一作用对于磨削、螺纹加工和深孔加工等工序尤为重要。为此，作用对于磨削、螺纹加工和深孔加工等工序尤为重要。为此，要求切削液有良好的流动性，并且在使用时有足够大的压力要求切削液有良好的流动性，并且在使用时有足够大的压力和流量。和流量。 4）防锈作用）防锈作用 为减轻工件、刀具和机床受周围介质（如空为

24、减轻工件、刀具和机床受周围介质（如空气、水分等）的腐蚀，要求切削液具有一定的防锈作用。防气、水分等）的腐蚀，要求切削液具有一定的防锈作用。防锈作用的好坏，取决于切削液本身的性能和加入的防锈添加锈作用的好坏，取决于切削液本身的性能和加入的防锈添加剂的品种和比例。剂的品种和比例。 上一页上一页 下一页下一页 返回返回数控加工的切削基础 1.4 切削用量与切削液的选择切削用量与切削液的选择2切削液的种类切削液的种类 常用的切削液可分为水溶液、乳化液和切削油三大类。常用的切削液可分为水溶液、乳化液和切削油三大类。 1）水溶液）水溶液 水溶液是以水为主要成份的切削液。水的导热水溶液是以水为主要成份的切削

25、液。水的导热性能好，冷却效果好。但单纯的水容易使金属生锈，并且润性能好，冷却效果好。但单纯的水容易使金属生锈，并且润滑性能差。因此，常在水中加入一定量的防锈添加剂、表面滑性能差。因此，常在水中加入一定量的防锈添加剂、表面活性物质或油性添加剂等，使其既具有良好的防锈性能，又活性物质或油性添加剂等，使其既具有良好的防锈性能，又具有一定的润滑性能。在配制水溶液时，要特别注意水质情具有一定的润滑性能。在配制水溶液时，要特别注意水质情况，如果是硬水，必须先进行软化处理。况，如果是硬水，必须先进行软化处理。 2）乳化液）乳化液 乳化液是将乳化油用乳化液是将乳化油用95一一98的水稀释而的水稀释而成，呈乳白

26、色或半透明状。乳化液具有良好的冷却作用，但成，呈乳白色或半透明状。乳化液具有良好的冷却作用，但润滑、防锈性能较差。常再加入一定量的油性、极压添加剂润滑、防锈性能较差。常再加入一定量的油性、极压添加剂和防锈添加剂，配制成极压乳化液或防锈乳化液。和防锈添加剂，配制成极压乳化液或防锈乳化液。 上一页上一页 下一页下一页 返回返回数控加工的切削基础 1.4 切削用量与切削液的选择切削用量与切削液的选择 3）切削油）切削油 切削油的主要成分是矿物油，少数采用动植物切削油的主要成分是矿物油，少数采用动植物油或复合油，纯矿物油不能在摩擦界面形成坚固的润滑膜，油或复合油，纯矿物油不能在摩擦界面形成坚固的润滑膜

27、，润滑效果较差。在实际使用中，常加入油性添加剂、极压添润滑效果较差。在实际使用中，常加入油性添加剂、极压添加剂和防锈添加剂，以提高其润滑和防锈作用。加剂和防锈添加剂，以提高其润滑和防锈作用。3切削液的选用切削液的选用切削液的选用应根据不同的加工要求、刀具及工件材料等因切削液的选用应根据不同的加工要求、刀具及工件材料等因素进行选择，下面主要根据粗、精加工及不同类型材料选择素进行选择，下面主要根据粗、精加工及不同类型材料选择切削液。切削液。 1）粗加工时切削液的选用）粗加工时切削液的选用 粗加工时，因加工余量大，所粗加工时，因加工余量大，所用切削用量大，加工过程产生大量的切削热。选用切削液根用切削

28、用量大，加工过程产生大量的切削热。选用切削液根据刀具材料的不同而有所区别，当采用高速钢刀具切削时，据刀具材料的不同而有所区别，当采用高速钢刀具切削时，使用切削液的主要目的是降低切削温度，减少刀具磨损。硬使用切削液的主要目的是降低切削温度，减少刀具磨损。硬质合金刀具耐热性好，一般可不用切削液，必要时可采用低质合金刀具耐热性好，一般可不用切削液，必要时可采用低浓度乳化液或水溶液。浓度乳化液或水溶液。 上一页上一页 下一页下一页 返回返回数控加工的切削基础 1.4 切削用量与切削液的选择切削用量与切削液的选择2）精加工时切削液的选用）精加工时切削液的选用 精加工时，因工件表面粗糙度值精加工时，因工件

29、表面粗糙度值要求较小，使用切削液的主要目的是提高切削的润滑性能，要求较小，使用切削液的主要目的是提高切削的润滑性能，从而达到降低表面粗糙度的要求。所以一般应选用润滑性能从而达到降低表面粗糙度的要求。所以一般应选用润滑性能较好的切削液，如高浓度的乳化液或含极压添加剂的切削油。较好的切削液，如高浓度的乳化液或含极压添加剂的切削油。3）根据工件材料的性质选用切削液）根据工件材料的性质选用切削液 切削塑性材料时需用切切削塑性材料时需用切削液。切削铸铁、黄铜等脆性材料时，一般不用切削液，以削液。切削铸铁、黄铜等脆性材料时，一般不用切削液，以免崩碎切屑粘附在机床的运动部件上。免崩碎切屑粘附在机床的运动部件

30、上。加工高强度钢、高温合金等难加工材料时，由于切削加工处加工高强度钢、高温合金等难加工材料时，由于切削加工处于极压润滑摩擦状态，故应选用含极压添加剂的切削液。于极压润滑摩擦状态，故应选用含极压添加剂的切削液。切削有色金属和铜、铝合金时，为了得到较高的表面质量和切削有色金属和铜、铝合金时，为了得到较高的表面质量和精度，可采用精度，可采用1020的乳化液、煤油或煤油与矿物油的乳化液、煤油或煤油与矿物油的混合物。但不能用含硫的切削液，因为硫对有色金属有腐的混合物。但不能用含硫的切削液，因为硫对有色金属有腐蚀作用。切削镁合金时，不能用水溶液，以免燃烧。蚀作用。切削镁合金时，不能用水溶液，以免燃烧。 上

31、一页上一页 返回返回数控加工的切削基础第一节第一节 数控车床加工的切削基础数控车床加工的切削基础复习1 切削运动的概念及运动形式，加工中形成的工件表面2 切削用量三要素及切削用量的选择原则3 切削层的概念及主要参数4 切削液的作用数控加工的切削基础第一节第一节 数控车床加工的切削基础数控车床加工的切削基础教学目标：1 掌握刀具切削部分的组成2 理解刀具静止参考系及其各参考平面。3 掌握刀具切削部分的标注角度4 了解刀具几何角度功用及其选择重点：刀具静止参考系及其各参考平面，刀具切削部分的几何角度难点：刀具切削部分的几何角度数控加工的切削基础 1.3 金属切削刀具金属切削刀具 刀具切削部分的几何

32、形状和角度刀具切削部分的几何形状和角度1. 刀具切削部分的组成刀具切削部分的组成刀具种类繁多，结构各异，但仔细观察它的切削部分，其剖刀具种类繁多，结构各异，但仔细观察它的切削部分，其剖面的基本形状都是刀楔形，切削部分的几何形状和参数都有面的基本形状都是刀楔形，切削部分的几何形状和参数都有共性。以外圆车刀为例（共性。以外圆车刀为例（图图1-15），其组成包括刀柄部分），其组成包括刀柄部分和切削部分。刀柄是车刀在车床上定位和夹持的部分。切削和切削部分。刀柄是车刀在车床上定位和夹持的部分。切削部分俗称刀头，由三个刀面组成主、副两切削刃及一个刀尖部分俗称刀头，由三个刀面组成主、副两切削刃及一个刀尖点，

33、切削部分的组成要素如下：点，切削部分的组成要素如下：1）前刀面）前刀面A 刀具上切屑流过的表面。刀具上切屑流过的表面。2）后刀面）后刀面A 刀具上与过渡表面相对的表面，也称为主后刀具上与过渡表面相对的表面，也称为主后刀面。刀面。3）副后刀面）副后刀面A 刀具上与已加工表面相对的表面。刀具上与已加工表面相对的表面。4）主切削刃）主切削刃S 前刀面与后刀面的交线，担负主要切削工作。前刀面与后刀面的交线，担负主要切削工作。 上一页上一页 下一页下一页 返回返回数控加工的切削基础 1.3 金属切削刀具金属切削刀具5）副切削刃）副切削刃S 前刀面与副后刀面相交得到的刃边，配合前刀面与副后刀面相交得到的刃

34、边，配合主切削刃完成金属切除工作，负责最终形成工件已加工表面。主切削刃完成金属切除工作，负责最终形成工件已加工表面。6）刀尖）刀尖 主、副切削刃连接处的一小部分切削刃。根据刀具主、副切削刃连接处的一小部分切削刃。根据刀具使用的场合不同，刀尖有修圆刀尖和倒角刀尖两种类型，如使用的场合不同，刀尖有修圆刀尖和倒角刀尖两种类型，如图图1-16所示。所示。2刀具切削部分的几何角度刀具切削部分的几何角度 刀具几何参数的确定需要以一定的参考坐标系和参考平面刀具几何参数的确定需要以一定的参考坐标系和参考平面为基准。为了确定刀具前面、后面及切削刃在空间的位置，为基准。为了确定刀具前面、后面及切削刃在空间的位置，

35、首先应建立参考系，它是一组用于定义和规定刀具角度的各首先应建立参考系，它是一组用于定义和规定刀具角度的各基准坐标平面。用刀具前面、后面和切削刃相对各基准坐标基准坐标平面。用刀具前面、后面和切削刃相对各基准坐标平面的夹角来表示它们在空间的位置，这些夹角就是刀具切平面的夹角来表示它们在空间的位置，这些夹角就是刀具切削部分的几何角度。下面主要介绍刀具静止参考系中常用的削部分的几何角度。下面主要介绍刀具静止参考系中常用的正交平面参考系。正交平面参考系。 上一页上一页 下一页下一页 返回返回数控加工的切削基础图图1-15车刀示意图车刀示意图 返回数控加工的切削基础 1.3 金属切削刀具金属切削刀具如图如

36、图1-171）正交平面参考系）正交平面参考系 基面基面Pr 基面就是通过切削刃上一个选定点而垂直于主运基面就是通过切削刃上一个选定点而垂直于主运动方向的平面。通常它平行或垂直于刀具在制造、刃磨及测动方向的平面。通常它平行或垂直于刀具在制造、刃磨及测量时适合于安装或定位的一个平面或轴线。对于车刀，这个量时适合于安装或定位的一个平面或轴线。对于车刀，这个选定点就是刀尖，而基面就是过刀尖而与刀柄安装平面平行选定点就是刀尖，而基面就是过刀尖而与刀柄安装平面平行的平面。对钻头、铣刀等旋转刀具来说，即是过切削刃选定的平面。对钻头、铣刀等旋转刀具来说，即是过切削刃选定点并通过刀具轴线的平面。点并通过刀具轴线

37、的平面。 切削平面切削平面Ps 切削平面就是通过切削刃选定点与切削刃相切削平面就是通过切削刃选定点与切削刃相切并垂直于基面的平面。当切削刃为直线刃时，过切削刃选切并垂直于基面的平面。当切削刃为直线刃时，过切削刃选定点的切削平面，即是包含切削刃并垂直于基面的平面，对定点的切削平面，即是包含切削刃并垂直于基面的平面，对应于主切削刃和副切削刃的切削平面分别称为主切削平面应于主切削刃和副切削刃的切削平面分别称为主切削平面Ps和副切削平面和副切削平面Ps。 上一页上一页 下一页下一页 返回返回数控加工的切削基础 1.3 金属切削刀具金属切削刀具 正交平面正交平面Po 正交平面是指通过切削刃选定点并同时垂

38、直正交平面是指通过切削刃选定点并同时垂直于基面和切削平面的平面。也可看成是通过切削刃选定点并于基面和切削平面的平面。也可看成是通过切削刃选定点并垂直于切削刃在基面上投影的平面。垂直于切削刃在基面上投影的平面。 2）刀具的主要标注角度）刀具的主要标注角度 刀具的角度有一些是空间角，根据立体几何知识，空间角可刀具的角度有一些是空间角，根据立体几何知识，空间角可以用其在坐标系内某一个平面内的投影来度量。因此，刀具以用其在坐标系内某一个平面内的投影来度量。因此，刀具所有的几何参数都可以在这个坐标系内的某一个平面内进行所有的几何参数都可以在这个坐标系内的某一个平面内进行测量（测量（图图1-18）。）。

39、在正交平面（在正交平面（Po）中测量的角度有：）中测量的角度有： 前角前角o 是前刀面是前刀面A与基准面与基准面Pr间的夹角，其大小间的夹角，其大小对刀具的切削性能有很大影响。当前刀面与切削平面夹角小对刀具的切削性能有很大影响。当前刀面与切削平面夹角小于于90时，前角为正值；大于时，前角为正值；大于90时，前角为负值。时，前角为负值。 上一页上一页 下一页下一页 返回返回数控加工的切削基础图图1-17正交平面参考系正交平面参考系 返回数控加工的切削基础 1.3 金属切削刀具金属切削刀具 后角后角o 是后刀面是后刀面A与切削平面与切削平面Ps间的夹角，其主要作间的夹角，其主要作用是减小后刀面与过

40、渡表面之间的摩擦和减少后刀面的磨损。用是减小后刀面与过渡表面之间的摩擦和减少后刀面的磨损。当后刀面与基面夹角小于当后刀面与基面夹角小于90时，后角为正值；大于时，后角为正值；大于90时，时，后角为负值。后角为负值。 楔角楔角o 是前刀面是前刀面A与后刀面与后刀面A间的夹角，反映刀体强间的夹角，反映刀体强度和散热能力的大小。它是由前角和后角得到的派生角度，度和散热能力的大小。它是由前角和后角得到的派生角度，即：即： o 90（o十十o ） （1-20） 在基面（在基面（Pr）中测量的角度有：）中测量的角度有： 主偏角主偏角r 是主切削平面是主切削平面Ps与假定进给运动方向间的与假定进给运动方向间

41、的夹角，夹角，r总为正值。主偏角的大小影响切削条件和刀具寿命。总为正值。主偏角的大小影响切削条件和刀具寿命。 上一页上一页 下一页下一页 返回返回数控加工的切削基础 1.3 金属切削刀具金属切削刀具 副偏角副偏角r 是副切削平面是副切削平面Ps与假定进给运动反方向间与假定进给运动反方向间的夹角。的夹角。 刀尖角刀尖角r 是主切削平面是主切削平面Ps与副切削平面与副切削平面Ps间的间的夹角，它是由主偏角夹角，它是由主偏角r和副偏角（和副偏角（r）得到的派生角度，）得到的派生角度，即：即： r=180一（一（rr） （1-21） 在切削平面（在切削平面（Ps）中测量的角度有：）中测量的角度有： 在

42、切削平面中测量的角度有刃倾角在切削平面中测量的角度有刃倾角s，它是主切削刃与，它是主切削刃与基面基面Pr间的夹角。当刀尖相对于车刀刀柄安装面处于最高点间的夹角。当刀尖相对于车刀刀柄安装面处于最高点时，刃倾角为正值；当刀尖处于最低点时，刃倾角为负值；时，刃倾角为正值；当刀尖处于最低点时，刃倾角为负值；当切削刃平行于刀柄安装面时，刃倾角为当切削刃平行于刀柄安装面时，刃倾角为0，这时切削刃在，这时切削刃在基面内。基面内。 上一页上一页 下一页下一页 返回返回数控加工的切削基础（2）刀具标注角度（正交平面参考系）独立角度：主偏角r刃倾角s前角o后角o副偏角r副后角o派生角度：楔角o刀尖角r副刃前角o副

43、刃刃倾角s刀具静止参考系及标注角度数控加工的切削基础外圆车刀在正交平面参考系中的标注角度独立角度：主偏角r刃倾角s前角o后角o副偏角r副后角o派生角度：楔角o刀尖角r副刃前角o副刃刃倾角s数控加工的切削基础 1.3 金属切削刀具金属切削刀具在上述角度中，前角在上述角度中，前角o和刃倾角和刃倾角s确定前刀面的方位。主偏确定前刀面的方位。主偏角角r和后角和后角o确定主后刀面的方位。根据主偏角确定主后刀面的方位。根据主偏角r和刃倾角和刃倾角s，即可确定主切削刃的方位。由此可见，主切削刃及其前，即可确定主切削刃的方位。由此可见，主切削刃及其前刀面和主后刀面在空间的方位只用四个基本角度刀面和主后刀面在空

44、间的方位只用四个基本角度o、o、r和和s就能完全确定。同理，只用副前角就能完全确定。同理，只用副前角o 、副后角、副后角o、副、副偏角偏角r 和副刃倾角和副刃倾角s，则副切削刃及其对应的前刀面和副，则副切削刃及其对应的前刀面和副后刀面在空间的方位也就完全确定。当主切削刃和副切削刃后刀面在空间的方位也就完全确定。当主切削刃和副切削刃共处在一个平面中时，因前刀面的方位只要共处在一个平面中时，因前刀面的方位只要o和和s两个角度两个角度就能完全确定，这时，副前角就能完全确定，这时，副前角o 便是由前刀面方位确定之便是由前刀面方位确定之后而随之确定的派生角度。同理，若副偏角后而随之确定的派生角度。同理，

45、若副偏角r确定后，副确定后，副刃倾角刃倾角s也是随之确定的派生角度。也是随之确定的派生角度。 上一页上一页 下一页下一页 返回返回数控加工的切削基础 1.3 金属切削刀具金属切削刀具 在假定工作平面和背平面参考系中测量的角度在假定工作平面和背平面参考系中测量的角度 为了机械刃磨刀具或分析讨论问题的需要，常常要利用在假为了机械刃磨刀具或分析讨论问题的需要，常常要利用在假定工作平面和背平面中测量的角度。在假定工作平面中测量定工作平面和背平面中测量的角度。在假定工作平面中测量的前角和后角分别称侧前角的前角和后角分别称侧前角f和侧后角和侧后角f ；在背平面中测量；在背平面中测量的前角和后角分别称背前角

46、的前角和后角分别称背前角p和背后角和背后角p。3.典型车刀的刀具角度标注典型车刀的刀具角度标注 90外圆车刀外圆车刀 该车刀刀具角度标注如该车刀刀具角度标注如图图1-19所示。其所示。其特点在于主偏角特点在于主偏角r90，过主切削刃选定点的正交平面和，过主切削刃选定点的正交平面和假定工作平面重合，侧向视图就是切削平面投影视图。由于假定工作平面重合，侧向视图就是切削平面投影视图。由于刀具的主、副切削刃共处在同一平面上，刀具的主、副切削刃共处在同一平面上，o和和s为派生为派生角度，不必标注。角度，不必标注。 45端面车刀端面车刀 它和它和45外圆车刀的画法基本相同，区外圆车刀的画法基本相同，区别在

47、于假定进给方向不同，主切削刃和副切削刃的位置不同，别在于假定进给方向不同，主切削刃和副切削刃的位置不同，如如图图1-20所示。所示。 上一页上一页 下一页下一页 返回返回数控加工的切削基础 1.3 金属切削刀具金属切削刀具 切断刀切断刀 切断刀有一条公共的主切削刃、两条副切削刃和切断刀有一条公共的主切削刃、两条副切削刃和左右两个刀尖，可以看成是两把端面车刀的组合，同时车削左右两个刀尖，可以看成是两把端面车刀的组合，同时车削左右两个端面左右两个端面（图（图1-21）。切断刀共有四个刀具表面，因。切断刀共有四个刀具表面，因主切削刃和副切削刃同处在一个前刀面上，副前角主切削刃和副切削刃同处在一个前刀

48、面上，副前角o和副刃和副刃倾角倾角s为派生角度。为派生角度。 当主偏角当主偏角r90时，侧视图和正交平面剖视图重合；当时，侧视图和正交平面剖视图重合；当主偏角主偏角r90时，左、右刀尖主偏角的关系为时，左、右刀尖主偏角的关系为rL180-rR；当刃倾角；当刃倾角s0时，左、右刀尖刃倾角的关系时，左、右刀尖刃倾角的关系为为SL=-sR。切断刀的主切削刃较窄，为使排屑畅通，主切削刃大多平行切断刀的主切削刃较窄，为使排屑畅通，主切削刃大多平行于工件轴线（于工件轴线（r90，s0 ），为保持刀尖强度，应），为保持刀尖强度，应选择较小的副偏角和副后角选择较小的副偏角和副后角 （12）。）。 上一页上一页

49、 下一页下一页 返回返回数控加工的切削基础 1.3 金属切削刀具金属切削刀具 镗孔刀镗孔刀 图图1-22所示为镗孔刀车通孔时刀具角度，其切所示为镗孔刀车通孔时刀具角度，其切削部分的几何形状基本与外圆车刀相似。车盲孔或台阶孔时，削部分的几何形状基本与外圆车刀相似。车盲孔或台阶孔时，切削部分的几何形状基本与偏刀相似，取主偏角等于或大于切削部分的几何形状基本与偏刀相似，取主偏角等于或大于90。4工作角度工作角度 以上讨论的刀具角度是刀具在静止参考系中定义的角度，其以上讨论的刀具角度是刀具在静止参考系中定义的角度，其功用是在设计和制造时用以确定刀具切削部分的几何形状以功用是在设计和制造时用以确定刀具切

50、削部分的几何形状以及切削刃和刀面相对于刀具安装基准的空间位置，故又称为及切削刃和刀面相对于刀具安装基准的空间位置，故又称为刀具的标注角度。刀具的使用性能不仅与标注角度有关，还刀具的标注角度。刀具的使用性能不仅与标注角度有关，还与刀具在机床上的安装位置和合成切削速度有关。当刀具相与刀具在机床上的安装位置和合成切削速度有关。当刀具相对于工件或机床的安装位置发生变化时，或受进给运动的影对于工件或机床的安装位置发生变化时，或受进给运动的影响，刀具实际切削的角度常常会发生变化，这种在实际切削响，刀具实际切削的角度常常会发生变化，这种在实际切削过程中起作用的刀具角度称之为工作角度。工作角度是在刀过程中起作

51、用的刀具角度称之为工作角度。工作角度是在刀具工作参考系中定义的刀具角度。具工作参考系中定义的刀具角度。 上一页上一页 下一页下一页 返回返回数控加工的切削基础 1.3 金属切削刀具金属切削刀具 刀具工作参考系及工作角度刀具工作参考系及工作角度 刀具工作参考系刀具工作参考系 a. 工作基面工作基面Pre 过切削刃上选定点并与合成切削速度垂直过切削刃上选定点并与合成切削速度垂直的平面称为工作基面。的平面称为工作基面。 b. 工作切削平面工作切削平面Pse 过切削刃上选定点过切削刃上选定点,与切削刃相切并与切削刃相切并垂直于工作基面的平面称为工作切削平面。垂直于工作基面的平面称为工作切削平面。 c.

52、 工作正交平面工作正交平面Poe 过切削刃上选定点并同时与工作基面过切削刃上选定点并同时与工作基面和工作切削平面相垂直的平面叫做工作正交平面。和工作切削平面相垂直的平面叫做工作正交平面。 d. 工作平面工作平面Pfe 过切削刃上选定点且同时包含主运动速度过切削刃上选定点且同时包含主运动速度和进给运动速度方向的平面叫做工作平面。和进给运动速度方向的平面叫做工作平面。 上一页上一页 下一页下一页 返回返回数控加工的切削基础 1.3 金属切削刀具金属切削刀具 刀具工作角度刀具工作角度 a. 工作前角工作前角oe 在工作正交平面在工作正交平面Poe内度量的工作基面内度量的工作基面Pre与前刀面与前刀面

53、A间的夹角。间的夹角。 b. 工作后角工作后角oe 在工作正交平面在工作正交平面Poe内度量的工作切削平内度量的工作切削平面面Pse与后刀面与后刀面A间的夹角。间的夹角。 c. 工作侧前角工作侧前角fe 在工作平面在工作平面Pfe内度量的工作基面内度量的工作基面Pre与与前面前面A间的夹角。图间的夹角。图1-23 横向进给对工作角度的影响横向进给对工作角度的影响 d. 工作侧后角工作侧后角fe 在工作平面在工作平面Pfe内度量的工作切削平面内度量的工作切削平面Pse与后刀面与后刀面A间的夹角间的夹角。 上一页上一页 下一页下一页 返回返回数控加工的切削基础 1.3 金属切削刀具金属切削刀具1.

54、3.3 刀具几何参数及其选择刀具几何参数及其选择1刀具前角的选择刀具前角的选择 1）前角的功用）前角的功用 刀具的前角主要影响切屑变形和切削力的刀具的前角主要影响切屑变形和切削力的大小及刀具耐用度和加工表面质量的高低。增大前角使切削大小及刀具耐用度和加工表面质量的高低。增大前角使切削变形和摩擦减小，故切削力小、切削热少，从而提高刀具寿变形和摩擦减小，故切削力小、切削热少，从而提高刀具寿命和已加工表面质量。但前角过大，刀具强度降低，散热体命和已加工表面质量。但前角过大，刀具强度降低，散热体积减小，从而降低刀具的耐用度。减小前角，可提高刀具强积减小，从而降低刀具的耐用度。减小前角，可提高刀具强度，

55、增大切屑变形，易断屑。但前角过小，会使切削力和切度，增大切屑变形，易断屑。但前角过小，会使切削力和切削热增加，降低刀具的耐用度。削热增加，降低刀具的耐用度。2）合理前角的选择原则）合理前角的选择原则 在一定切削条件下，用某刀具加工在一定切削条件下，用某刀具加工某材料工件时，总有一个使刀具获得最高寿命的前角值，这某材料工件时，总有一个使刀具获得最高寿命的前角值，这个前角就称为合理前角。在选择合理前角时，首先应保证个前角就称为合理前角。在选择合理前角时，首先应保证 上一页上一页 下一页下一页 返回返回数控加工的切削基础 1.3 金属切削刀具金属切削刀具切削刃锋利，同时又要兼顾足够的切削刃强度。在保

56、证加工切削刃锋利，同时又要兼顾足够的切削刃强度。在保证加工质量的前提下，一般以达到最高的刀具寿命为目的。切削刃质量的前提下，一般以达到最高的刀具寿命为目的。切削刃强度是否足够，与被加工材料和刀具材料的力学物理性能以强度是否足够，与被加工材料和刀具材料的力学物理性能以及加工性质有着密切关系。前角的合理数值主要根据以下原及加工性质有着密切关系。前角的合理数值主要根据以下原则选取。则选取。 加工材料加工材料 加工塑性材料时，为减小切屑变形和刀具磨加工塑性材料时，为减小切屑变形和刀具磨损，应选取较大前角；加工脆性材料时，为保证切削刃有足损，应选取较大前角；加工脆性材料时，为保证切削刃有足够的强度，应选

57、取较小前角。够的强度，应选取较小前角。 当工件材料的强度和硬度低时，因切削力较小，可选取较当工件材料的强度和硬度低时，因切削力较小，可选取较大前角，以使切削刃保持锋利；当工件材料的强度和硬度高大前角，以使切削刃保持锋利；当工件材料的强度和硬度高时，可取较小前角。加工淬火钢等特硬材料时，应选取很小时，可取较小前角。加工淬火钢等特硬材料时，应选取很小的前角，甚至负前角。的前角，甚至负前角。 刀具材料刀具材料 当刀具材料的抗弯强度和冲击韧性较低时，当刀具材料的抗弯强度和冲击韧性较低时，取较小取较小 上一页上一页 下一页下一页 返回返回数控加工的切削基础 1.3 金属切削刀具金属切削刀具前角；高速钢刀

58、具的合理前角比硬质合金刀具的合理前角大，前角；高速钢刀具的合理前角比硬质合金刀具的合理前角大，陶瓷刀具的合理前角比硬质合金刀具小。陶瓷刀具的合理前角比硬质合金刀具小。 加工性质加工性质 粗加工时，特别是断续切削，切削力大，切粗加工时，特别是断续切削，切削力大，切削热多，且承受冲击载荷，为保证刀具强度和散热面积，应削热多，且承受冲击载荷，为保证刀具强度和散热面积，应选取较小前角；精加工时，为保证刀具锋利，并获得较高的选取较小前角；精加工时，为保证刀具锋利，并获得较高的表面质量，应选取较大的刀具前角。表面质量，应选取较大的刀具前角。 另外，工艺系统刚性差和机床功率小时，宜选较大前角，另外，工艺系统

59、刚性差和机床功率小时，宜选较大前角，以减小切削力和振动。数控机床为保证刀具工作的稳定性以减小切削力和振动。数控机床为保证刀具工作的稳定性（不发生崩刃及破损），一般选用较小的前角。硬质合金车（不发生崩刃及破损），一般选用较小的前角。硬质合金车刀合理前角的参考值见刀合理前角的参考值见表表1-1。2刀具后角及后刀面形状的选择刀具后角及后刀面形状的选择1）后角的功用）后角的功用 后角的主要功用是减小刀具后刀面与过渡表后角的主要功用是减小刀具后刀面与过渡表面和已加工表面之间的摩擦；后角减小，后面与工件表面间面和已加工表面之间的摩擦；后角减小，后面与工件表面间的摩擦加剧，刀具磨损加大，工件冷硬程度增加，加

60、工表的摩擦加剧，刀具磨损加大，工件冷硬程度增加，加工表 上一页上一页 下一页下一页 返回返回数控加工的切削基础 1.3 金属切削刀具金属切削刀具面质量差；后角增大，摩擦减小，但刀刃强度和散热情况变面质量差；后角增大，摩擦减小，但刀刃强度和散热情况变差。所以，在一定切削条件下，后角也有一个对应于最高刀差。所以，在一定切削条件下，后角也有一个对应于最高刀具寿命的合理数值。后角还影响楔角具寿命的合理数值。后角还影响楔角0的大小，可以配合前的大小，可以配合前角调整切削刃的锋利程度和强度。角调整切削刃的锋利程度和强度。2）合理后角的选择原则）合理后角的选择原则 粗加工时，因切削厚度大，切削力大，切削温度